• No results found

Návrh a realizace filtračního zařízení pro

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Návrh a realizace filtračního zařízení pro"

Copied!
56
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Návrh a realizace filtračního zařízení pro č erpání pájecího prášku Flux z plynného prostředí přečerpávacího zařízení

Bakalářská práce

Studijní program:

Studijní obor:

Autor práce:

Vedoucí práce:

B3107 – Textil

3106R016 – Textilní technologie, materiály a nanomateriály

Jaroslav Lachman Ing. Ondřej Novák, Ph.D.

Liberec 2018

(2)

Design and realisation filtration device for pumping brazing powder Flux from gaseous environment of pumping device

Bachelor thesis

Study programme:

Study branch:

Author:

Supervisor:

B3107 – Textil

3106R016 – Textile Technologies, Materials and Nanomaterials

Jaroslav Lachman Ing. Ondřej Novák, Ph.D.

Liberec 2018

(3)

Tento list nahraďte

originálem zadání.

(4)

4

(5)

5

Poděkování

Děkuji panu doktoru Novákovi za odborné vedení práce, věcné připomínky, dobré rady, trpělivost a vstřícnost při konzultacích a vypracovávání bakalářské práce.

(6)

6

Abstrakt

Cílem této práce je navrhnout a otestovat filtrační zařízení, která má sloužit k zabránění úniku pájecího prášku Flux. Rešeršní část je zaměřena na filtraci pevných částic z plynného prostředí, používanými materiály a způsoby testování filtračních vlastností.

Dále se podrobně zabývá procesem přečerpávání pájecího prášku v provozu DENSO Manufacturing Czech s.r.o. a navržením možných postupů filtrování znečištěného vzduchu. Filtrační zařízení bude umístěno na zařízení pro čerpání zbytkového pájecího prášku z přečerpávané nádoby do doplňované nádoby. Filtrován je vzduch, který při přečerpávání vychází z doplňované nádoby, protože médium které bude unášet pájecí prášek je tlakový vzduch, který při vstupu do přečerpané nádoby má tlak 6 barů. Pro tento účel budou vytvořeny koncepty zařízení zahrnující filtrační materiál a filtrační nádobu. Vybraný koncept filtrace bude realizován a následně prakticky ověřován. Zís- kané výsledky testování budou prodiskutovány s ohledem na funkčnost a účinnost.

Hlavní přínos této práce spočívá v prostudování a návrhu filtračního zařízení, které by mělo filtrovat pevné částice pájecího prášku z plynného prostředí. Důsledkem bude zlepšení pracovních podmínek, kdy bude dosaženo čistšího prostředí v provozu DENSO Manufacturing Czech s.r.o. s určením životnosti filtru a případně mechanismu pro čis- tění filtru. Přínos praktické části spočívá v ověření vybraného konceptu a jeho zavedení do dalších procesů DENSO Manufacturing Czech s.r.o.

Klíčová slova: filtrační zařízení, filtrace, pájecí prášek Flux, filtrační nádoba, filtrační materiál.

(7)

7

Abstract

The aim of this work is propose and test filtration device, which function is prevention to leakage of brazing powder Flux. Research part is about filtration firm particles from gaseous environment, used materials and way of testing filtration properties. Farther this work is detailed engage about process pumping brazing powder in operation DENSO Manufacturing Czech s.r.o. and propose of possible going of filtration contaminated air.

Filtration device will be placed on device for pumping residual brazing powder from first pumping barrel to second refilling barrel. Filtered is air which come out of first pumping barrel, because medium which will carry brazing powder is pressured air, which at come in to second refilling barrel have pressure 6 bars. Agree at previous points will be constitute concepts of filter which will include filtration material, filtra- tion container. Selected concept will be realized and then practically verified. Gained results will be discussed with regarding on functionality and efficiency.

Main contribution this work is in study and proposal filtration device, which should be filtration firm particles of brazing powder from gas environment. Consequence will be improvement working conditions, when will be reach cleaner environment in operation DENSO Manufacturing Czech s.r.o. with determination of life time filter and alterna- tively mechanism of cleaning filter. Contribution of practice part is in certification of chosen concept and introduction to next work cycles DENSO Manufacturing Czech s.r.o.

Key words: filtration device, filtration, brazing powder Flux, filtration container, filtra- tion material.

(8)

8

Obsah

Úvod ... 11

1 Rešeršní část ... 12

1.1 Filtrace vzdušnin ... 12

1.2 Rozdělení vzduchových filtrů podle konstrukce ... 14

1.3 Rozdělení vzduchových filtrů podle třídy filtrace ... 16

1.4 Hodnocení účinnosti vzduchových filtrů ... 17

1.5 Zdravotní rizika při vdechnutí pevných částic ... 20

2 Popis přečerpávacího zařízení a charakteristika pájecího prášku ... 21

3 Tvorba konceptů ... 24

3.1 Volba filtru a předfiltru ... 25

3.2 Orientace filtračního zařízení ... 26

3.2.1 Horizontální uložení ... 26

3.2.2 Vertikální uložení ... 27

3.2.3 Volba nejvhodnější orientace uložení ... 27

3.3 Návrh provedení přívodu vzduchu (filtračního zařízení) ... 28

3.3.1 Uložení s přímým vzduchovým přívodem ... 28

3.3.2 Uložení s rozšiřujícím se vzduchovým přívodem ... 28

3.3.3 Uložení s přímým na konci rozšířeným vzduchovým přívodem ... 29

3.3.4 Uložení se zužujícím se vzduchovým přívodem ... 30

3.3.5 Volba uložení filtračního zařízení ... 31

3.4 Návrh provedení spoje částí filtračního zařízení ... 31

3.4.1 Spojení pant a upínka ... 32

3.4.2 Spojení čtyřmi upínkami ... 32

3.4.3 Šroubové spojení ... 33

3.4.4 Závitové spojení ... 33

3.4.5 Volba spojení filtračního zařízení ... 34

3.5 Návrh spojení filtračního zařízení s víkem doplňované nádoby ... 35

3.5.1 Lepený spoj ... 35

3.5.2 Šroubový spoj ... 35

3.5.3 Svařený spoj ... 36

3.5.4 Kombinace šroubového spoje a těsnění ... 36

(9)

9

3.5.5 Tabulka výhod a nevýhod spojení zařízení s víkem doplňované nádoby ... 36

3.5.6 Volba spojení zařízení s víkem doplňované nádoby ... 36

3.6 Volba výsledného konceptu ... 37

4 Experiment ... 38

4.1 Ověření velikosti částic ... 38

4.2 Stanovení účinnosti filtru ... 40

4.3 Realizace konceptu a experimentální ověření ... 42

5 Výsledky a diskuze ... 47

5.1 Návrh optimalizace ... 48

6 Závěr ... 49

Použitá literatura ... 51

Seznam obrázků ... 53

Seznam tabulek ... 54

Seznam grafů ... 55

Přílohy ... 56

(10)

10

Seznam zkratek

Apod. A podobně Atd. A tak dále

ASHRAE American society of heating, refrigerating, air-conditioning Engineers;

Americká společnost techniků pro vytápění, chlazení a klimatizaci

CBR Chemical, biological, or radiological; Chemické, biologické nebo radio- aktivní

č. číslo

DFT - 2 Dust filter tester, Práškové testovací zařízení filtrů EPA Efficient particulate air (filter), Účinný částicový filtr

HEPA High-efficiency particulate air; Vysoce účinný vzduchový filtr HDPE High density polyetylen; Vysoko hustotní polyetylen

HVAC Heating, ventilating and air conditioning; Ohřev, ventilace a klimatizace vzduchu

MERV Minimum efficiency reporting value; Minimální účinnost uváděné hod noty

Např. Například min Minuta NaCl Chlorid sodný

nm Nanometr

obr. Obrázek

OM Optický mikroskop

PE Polyetylen

PP Polypropylen

PSE Particle size efficiency; Účinnost v závislosti na velikosti částic PUR Polyuretan

sek Sekunda

SEM Skenovací elektronový mikroskop tab. tabulka

Tzv. Takzvaně

ULPA Ultra low penetration (filter); Filtr s velmi nízkou penetrací

µm Mikrometr

(11)

11

Úvod

V této práci je pojednáno o návrhu a realizaci filtračního zařízení, které má být použito na stávajícím přečerpávacím zařízení pro přesun pájecího prášku Flux z čerpané do do- plňované nádoby. Přečerpávání pájecího prášku je zajištěno pomocí tlakového vzduchu, který podtlakem unáší pevné částice pájecího prášku do doplňované nádoby.

Při doplňování nádoby je nutné odvádět proud vzduchu z nádoby ven, ale současně je potřeba zajistit, aby vycházející vzduch neobsahoval částice pájecího prášku. Proto je cílem této práce navrhnou a zrealizovat filtrační zařízení, které to umožní.

Zabránit úniku pájecího prášku je nutné zejména proto, že může způsobit zdravotní po- tíže osobám nacházejícím se v okolí přečerpávacího zařízení, znečištění životního pro- středí a zanášení ostatních strojů a zařízení v provozu DENSO Manufacturing Czech s.r.o.

(12)

12

1 Rešeršní část

Materiál použitý v částicových filtrech je složen z vrstev náhodně orientovaných mikro- vláken průměrů v rozmezí 1 až 10 µm. Schopnost filtru zachytit částice škodliviny z ovzduší je dána fyzikálními a mechanickými vlastnostmi filtračního média. Princip filtrace spočívá v následujících mechanismech: gravitační, setrvačný, difuzní, inter- cepční a elektrostatický [Malina safety, 2018].

1.1 Filtrace vzdušnin

Částicové vzduchové filtry jsou klasifikovány buď jako mechanické filtry nebo elektro- statické filtry. Ačkoli je mnoho důležitých rozdílů v provedení těchto dvou typů filtrů, oba typy jsou z vlákenného materiálu a rozsáhle se používají v systémech pro odstraně- ní částic ze vzduchu včetně biologických materiálů. Částicový filtr je tvořen vlákny, která jsou náhodně uložena obvykle kolmo na směr proudění vzduchu (obr. 1). Vlákna mají průměry v rozsahu od 1 µm do 50 µm. Zaplnění filtru je od 1 % do 30 %. Vlákna jsou vyrobena nejčastěji z bavlny, skelných vláken, polyesteru, polypropylenu a mnoha dalších materiálů [Davies, 1973].

Obr. 1: Uložení vláken v částicovém filtru

Rozeznáváme pět různých filtračních mechanismů řízeného sběru částic vzduchovým filtrem: setrvačný princip, intercepce, difuze, gravitační princip a elektrostatická přitaž- livost.

Setrvačný princip využívá působení setrvačných sil na částice unášené proudem nosné- ho plynu. Proudění částic se v důsledku působení těchto sil odchyluje od proudu nosné- ho plynu a odchýlení se zvětšuje současně s rostoucí hmotností částic a klesající viskozitou plynu. Rozdílné zakřivení trajektorií částic a proudění nosného plynu účin- kem pevné stěny je využíváno k jejich vzájemnému odloučení, kdy jsou částice zachy-

(13)

13

ceny na vlákna filtru (obr. 2). Čím jsou menší průměry vláken filtru, tím se zvyšuje účinnost setrvačného zachycení částic [Diane publishing, 2003; Šulc a Šinták, 1990].

Obr. 2: Setrvačný princip [Diane publishing, 2003]

Intercepční způsob záchytu spočívá v principu odlučování částic na filtrační mříži tvo- řené prostorově uspořádanou strukturou vláken. U tohoto principu se využívá tzv. síto- vého účinku, který spočívá v tom, že jsou zachyceny částice většího průměru, než jsou mezery mezi vlákny (obr. 3). V případě, že jsou na vláknech uplatněny povrchově ak- tivní síly, tak částice tvoří řetězce, které se zachytí na vláknech filtru, i když průměry jednotlivých částic jsou menší než mezery mezi vlákny filtru [Diane publishing, 2003;

Šulc a Šinták, 1990].

Obr. 3: Intercepční způsob [Diane publishing, 2003]

Gravitační princip funguje při vodorovném proudění nosného plynu a znečišťujících částic, které jsou vystaveny vlivu unášivé a gravitační síly. V mezní vrstvě plynů obté- kajících povrch filtračních ploch se rychlost plynu blíží k nulové hodnotě a tak klesá i setrvačná síla částic. Poté co na částice přestane působit setrvačná síla, tak jsou vlivem gravitační síly zachycena mezi vlákny a na vláknech filtru (obr. 4) [Šulc a Šinták, 1990].

Obr. 4: Gravitační princip [Diane publishing, 2003]

Difuze je významná zejména pro částice, jejichž průměry jsou menší než 1 µm. Se zmenšujícím průměrem částic dochází k zvyšování tzv. difuzního jevu, což je pohyb velmi malých částic, který je ovlivněn tepelným pohybem molekul plynu a vlivem srá- žek s molekulami nosného plynu nesledují částice submikronové velikosti své trajekto- rie, ale pohybují se neuspořádaně všemi směry (Brownův pohyb). Tento pohyb vede k dopadu částic na vlákna filtru (obr. 5) a jejich případnému zachycení [Šulc a Šinták, 1990].

(14)

14

Obr. 5: Difuze [Diane publishing, 2003]

Elektrostatická přitažlivost je založena na účincích elektrostatického pole na elektricky nabité částice. K intenzivnímu filtrování částic dochází jejich umělým nabíjením opač- ným nábojem, než je náboj filtrační plochy. Částice jsou tedy na vlákna filtru zachyceny vlivem přitažlivých elektrostatických sil (obr. 6) [Šulc a Šinták, 1990].

Obr. 6: Elektrostatická přitažlivost [Diane publishing, 2003]

1.2 Rozdělení vzduchových filtrů podle konstrukce

Filtry pro vzduchovou filtraci se dělí podle konstrukce nejčastěji na tyto typy: kapsové, pytlové, rámečkové, kompaktní a kazetové.

Kapsové filtry (obr. 7) jsou vyráběny v podobě filtrační vložky, která je nepropustně uzavřena v rámu z papíru, kovu, plastu nebo polyuretanové pěny. Tloušťka filtru je větší než 150 mm. Pro materiál filtrační vložky se používají netkané textilie (skleněná nebo syntetická vlákna) nebo filtrační papíry a jejich tvar je plochý nebo skládaný. Používají se jako předfiltry nebo hlavní filtry k odloučení hrubého prachu ve větracích a klimati- začních zařízeních [Wikipedie, 2018, MDfilter, 2018, KSklimaservice, 2018].

Obr. 7: Kapsový filtr [KSklimaservice, 2018]

(15)

15

Pytlové filtry (obr. 8), do kterých spadají i filtry tvaru vaku a rukávce jsou vyráběny z papíru, polyesteru, polypropylenu, skelných a syntetických vláken. Používají se pře- devším v plastikářském, dřevařském, potravinářském, těžebním průmyslu apod. [MDfil- ter, 2018]

Obr. 8: Pytlový filtr [MDfilter, 2018]

Rámečkové filtry (obr. 9) jsou vyráběny stejným způsobem jako kapsové filtry a jsou uzavřeny v odpovídajícím rámu ze stejných materiálů jako je tomu u kapsových filtrů s tím rozdílem, že maximální tloušťka filtru je do 149 mm. Používají se do klimatizač- ních nebo vzduchotechnických jednotek [Wikipedie, 2018; KSklimaservice, 2018].

Obr. 9: Rámečkový filtr [KSklimaservice, 2018]

Kompaktní filtry (obr. 10) jsou uloženy v plastové nebo kovové výztuži rámu a jsou vhodné pro usazení do rámů kapsových filtrů. Filtrují jemný prach a aerosoly, proto se používají v obchodních centrech, průmyslových halách a lakovnách. Filtrační materiál je vyroben ze skelných nebo polypropylenových vláken [KSklimaservice, 2018].

(16)

16

Obr. 10: Kompaktní filtr [KSklimaservice, 2018]

Kazetové filtry (obr. 11) používají jako filtrační materiál syntetická a skelná vlákna.

Rám filtru je vyroben z plastu, kovu nebo papíru. Využívají se v lakovnách, lékařství, mikrobiologii, potravinářství apod. [MDfilter, 2018; Fit-pro, 2018]

Obr. 11:Kazetový filtr [MDfilter, 2018]

1.3 Rozdělení vzduchových filtrů podle třídy filtrace

Rozdělení vzduchových filtrů podle třídy filtrace je závislé na jemnosti filtru a tím i zařazení do určité třídy vzduchových filtrů. Jednotlivé třídy mají své označení dle písmen od nejhrubších vstupních filtrů G, středních M, jemných F, efektivních E, velmi účinných H až po nejjemnější U, který je používán jako koncový filtr pro nejvyšší stu- peň čištění vzduchu. Čím je filtr jemnější, tím je schopen zachytit menší částice obsaže- né ve vzduchu.

Třída G slouží pro filtraci odváděného vzduchu v lakýrnických komorách, autonomních klimatizacích a v kuchyňských digestořích. V systémech HVAC se používá jako filtr prvního stupně čištění nebo hlavní filtr. Používá se jako vstupní filtr a může být použit jako předfiltr pro filtr třídy M.

(17)

17

Střední třída M jsou filtry k čištění vzduchu přiváděného do místností a výrobních pro- cesů. Současně se používá jako filtr ochrany prvního stupně čištění nebo hlavní filtr v systémech HVAC. Je možné použít ho jako předfiltr pro filtry třídy F.

F je třída jemných filtrů používaná pro čištění vzduchu do kancelářských místností, ne- mocnic, výrobních procesů a filtr druhého stupně nebo hlavní filtr systému HVAC. Dále se používá pro přípravu vzduchu filtrů tříd E, H a U.

Třída E (EPA – účinný částicový filtr) se používá ve stropech operačních sálů, vzdu- chových kanálech vyžadujících nejvyšší stupeň čištění vzduchu a kontrolovaného prou- dění. Dále se používá v systémech HVAC v nemocnicích, potravinovém a farmaceutickém průmyslu.

Třída H (HEPA označuje velmi účinný vzduchový filtr) se používá v čistých (sterilních) místnostech s laminárním a turbulentním prouděním. Systémech HVAC v nemocnicích a jaderných elektrárnách.

Třída U (ULPA –vzduchový filtr s velmi nízkou penetrací). Používá se ve stejných ob- lastech použití jako filtry třídy H, ale tento druh filtru je schopen filtrovat ještě jemnější částice než filtr třídy H.

1.4 Hodnocení účinnosti vzduchových filtrů

Vzduchové filtry jsou obvykle popsány a hodnoceny na základě jejich účinnosti záchy- tu, poklesu tlaku (nebo odporu vzduchu) a množství zachycených částic. V současné době se používajív České republice metody měření podle evropských norem EN 779 – 2002 a EN 1822 [KSklimaservice, 2018].

Určení filtračních vlastností pro jednotlivé třídy filtrů dle výše zmíněných norem se měří pomocí charakteristických veličin (střední stupeň odloučení, střední stupeň účin- nosti, integrální činitel počátečního prostupu a místní činitel počátečního prostupu) uve- dených v tabulce (tab. 1). Střední stupeň odloučení je procentuální vyjádření zachyceného množství zkušebního syntetického prachu. Další charakteristickou veliči- nou je střední stupeň účinnosti, který je také procentuálně vyjádřen a určuje účinnost filtru. Integrální činitel počátečního prostupu slouží pro určení nezachycených částic o určitých velikostech na výstupní ploše a pro určení tlakové ztráty filtru. Místní činitel počátečního prostupu udává místa netěsnosti při jmenovitém průtoku vzduchu.

(18)

18

Tab. 1: Měření charakteristických veličin dle EN [KSklimaservice, 2018].

Pro srovnání jsou zde uvedeny metody testování filtračních vlastnostíve spojených stá- tech dle dvou zkušebních metod, které jsou k tomu určeny: Americká společnost tech- niků pro vytápění, chlazení a klimatizaci (ASHRAE) Standart 52.1 – 1992 a ASHRAE Standart 52.2-1999 [Diane publishing, 2003].

Standart 52.1. – 1992 stanovuje záchyt prachu, účinnost filtru a množství zadrženého prachu. Záchyt prachu je schopnost filtru zachytit prach popsaný hmotnostním zlomkem hrubého zkušebního prachu a je vhodný pro středně účinné filtry pracující za nízkých tlaků. Hodnoty záchytumohou být vysoké a to i pro filtry s nízkou účinností a nepřímo ukazují na účinnost filtrů pro ochranu chemickou, biologickou a radioaktivní (CBR).

Účinnost filtruurčuje schopnost filtru odstraňovat velké částice, které mají tendenci se vyskytovat v interiérech budov. Množství záchytuprachu je určené mírouzáchytučásti prachu z celkového množství prachu během testování [Diane publishing, 2003].

ASHRAE Standart 52.2 – 1999 měří účinnost filtruv závislosti na velikosti částic (PSE – particle size efficiency; účinnost v závislosti na velikosti částic). Tento novější stan- dart je lépe popsaným testem, který vyčísluje filtrační účinnost v různých rozměrech částic pro čištění a přírůstkové zatížení filtru zajišťující kombinovanou hodnotu účin- nosti. Poskytuje lepší stanovení účinnosti filtru schopnosti filtru zachytit tuhé částice a aerosoly. Standart z roku 1999 hodnotí účinnost záchytu velkých částic jako MERV

(19)

19

v rozmezí 1 – 20, přičemž vyšší číslo označuje výkonnější filtr. Standart 52.2 uvádí ta- bulku (viz tabulka 2), která ukazuje minimální PSE ve třech rozmezích pro každé z MERV čísel od 1 do 16. Pokud je známá velikost kontaminující látky, je dle tabulky možné určit vhodný filtr, který má požadované PSE pro konkrétní velikost částic. Graf1 znázorňuje skutečné výsledky testů pro filtr MERV 9 a odpovídající účinnost sběru fil- tru [Diane publishing, 2003].

Tab. 2 Srovnání ASHRAE Standartu 52.1 a 52.2 [ASHRAE, 1999; Spengler, 2000]

Graf 1: Data testování dle ASHRAE Standart 52.2 pro filtr MERV 9, který ukazuje účinnost sběru pří zatížení filtru

(20)

20

1.5 Zdravotní rizika při vdechnutí pevných částic

Rizika způsobená vdechnutím pevných částic závisí hlavně na těchto faktorech:

a) fyzikální, chemické a biologické vlastnosti částic b) velikost a forma částic

c) koncentrace částic v plynném médiu a době expozice d) množství vdechnutých částic

Fyziologické účinky částic na lidský organizmus se liší podle následujících typů seřaze- ných od nejméně nebezpečných po nejnebezpečnější: inertní částice, nebezpečné části- ce, karcinogenní částice, radioaktivní částice a mikrobiologické částice. Sami o sobě nemají inertní částice špatný vliv na dýchací cesty. Hlavním faktorem ovlivňující lidský organizmus je jejich koncentrace. Při koncentraci menší než 5 mg.m-3 dochází k lehkému podráždění, pokud koncentrace přesáhne 30 mg.m-3, tak dojde k silnému podráždění.Nebezpečné částice při vdechování způsobují negativní změny v plicních tkáních, silikózu, fibrózu nebo rakovinu plic. Nebezpečnými částicemi mohou být az- best, křemenný prach nebo vlákna(syntetická, skleněná). Karcinogenní částice jsou velmi nebezpečné. Pokud dojde k jejich kontaktu s dýchacími cestami, mohou způso- bitzhoubné bujení buněk. Tyto částice mohou vznikat například z výparů těchto toxic- kých kovů: olovo, kadmium a rtuť. Radioaktivní částice způsobují těžké fyziologické poruchy a zvyšují riziko nádorových onemocnění. Neméně nebezpečné jsou mikrobio- logické částice, které způsobují mnoho vážných onemocnění včetně alergií [Specifikace filtrů Scott PRO2000, 2018].

(21)

21

Hloubka průniku částic do dýchacích cest je ovlivněna jejich velikostí. Částice o veli- kosti 10 µm a větší zasahují horní dýchací cesty a průdušnice. Při velikosti 5 až 10 µm zasahují průdušnice a větvení průdušek. Pokud jsou menší než 5 µm, tak pronikají do průdušek a průdušinek. Částice s velikostí pod 1 µm pronikají až do plicních sklípků [Specifikace filtrů Scott PRO2000, 2018].

Částice, které negativně působí na dýchací cesty, se nejčastěji vyskytují ve formě pra- chu, páry, kouře, spreje, mikroorganismů, radioaktivních částic [Specifikace filtrů Scott PRO2000, 2018].

Prach je tvořen drobnými pevnými částicemi s průměry menšími než 500 µm, vznikají- cími v průběhu zpracování rozmanitých organických i anorganických materiálů jako jsou kovy, minerály, dřevo, bavlna, uhlí, zemědělských produkty, azbest nebo sklo. Pá- ry mají obecně plynné skupenství a vznikají při sublimaci, vypařování materiálů nebo ochlazování horkých látek při procesech, kterými jsou např. zpracování kovů, sváření, pájení. Reakcí horkých materiálů s kyslíkem se tvoří oxidy. Kouř je produktem nedoko- nalého spalování. Obsahuje drobné částečky uhlí, sazí a vodních par, které mohou vy- tvářet jak pevné, tak i kapalné částice. Spreje jsou tvořeny aerosolem rozptýlených pevných nebo kapalných částic nebo jejich směsí v plynném prostředí se zanedbatelnou rychlostí pádu. Využívají se např. pro aplikaci barev, deodorantů nebo chlazení kovů.

Mikroorganizmy jsou jednobuněčné mikroskopicky pozorovatelné organizmy, mezi které se řadí viry, bakterie, houby, plísně a výtrusy. V závislosti na rychlosti rozmnožo- vání a schopnosti přežívat se nacházejí téměř na všech místech kolem nás. Poslední forma částic negativně působící na dýchací cesty jsou radioaktivní částice, vznikající působením radioaktivního záření. Při něm dochází k vnitřní přeměně složení nebo ener- getického stavu atomových jader [Wikipedie, 2018; Specifikace filtrů Scott PRO2000, 2018].

2 Popis přečerpávacího zařízení a charakteristika pájecího prášku

Proces čerpání pájecího prášku slouží k přesunu zbytku pájecího prášku, který zůstává v nádobě při čerpání pájecího prášku strojem pro nanášení pájecího prášku flux v dalším procesu. Přečerpávací zařízení (obr. 12) tedy slouží k tomu, aby se zbytkový pájecí prá- šek z přečerpávaného nádoby 1, přesunul do doplňovaného nádoby 2. Nádoby 1 a 2 jsou standartní nádoby, v kterých je dodáván pájecí prášek flux od výrobce Solvay (obr. 13).

(22)

22

Obr. 12: Schéma přečerpávacího zařízení

Obr. 13: Nádoba s pájecím práškem Flux

Ve víku přečerpávané nádoby se nachází T rozvod (obr. 14), kdy na jednom jeho konci je pomocí jednosměrného zpětného ventilu (obr. 13 – B) připojen technický vzduch, který vstupuje pod tlakem 6 barů (obr. 14 – A). Přívod vzduchu je ovládán pákovým uzávěrem (obr. 14 – C). Na druhém konci T rozvodu je připojena hadice (obr. 14 – E), která propojuje přečerpávanou a doplňovanou nádobu. Tato hadice slouží k proudění technického vzduchu, který unáší pevné částice pájecího prášku. Poslední vývod na T rozvodu, který je v kolmém směru na předchozí vstup a výstup vzduchu z rozvodu je rovná sací trubka (uložena v místě obr. 14 – D), která je na konci, který je blíže dnu nádoby horizontálně seříznuta pod úhlem 45°, proto aby bylo dosaženo lepšího nasávání zbytkového pájecího prášku a sací trubka se neucpávala.

(23)

23

Obr. 14: Víko přečerpávané nádoby

Pájecí prášek je přečerpáván pomocí proudění technického vzduchu, který ho pod tla- kem 6 barů nasává ze dna přečerpávané nádoby a prouděním hadicí (obr. 15 – A) připo- jené přes hadicový trn (obr. 15 – B) na víko doplňované nádoby zajišťuje tok pájecího prášku do doplňované nádoby. Vzduch z nádoby uniká skrze vzduchový vývod (obr. 15 – C), na který je při přečerpávání připojeno odsávací zařízení.

Obr. 15: Doplňovaná nádoba

(24)

24

Součástí víka doplňované nádoby je vzduchový vývod, skrze který proudí vzduch ven.

Pro zajištění toho, aby pájecí prášek neunikal do ovzduší a okolí přečerpávacího zaříze- ní, bude navrhnut takový vzduchový vývod, ve kterém bude umístěn filtr. Tento filtr bude zajišťovat oddělení pevných částic pájecího prášku od proudu vzduchu, kterým je prášek unášen.

Pájecí prášek flux je označován chemickým názvem Fluorid hlinitodraselný(AlF6K3).

Jedná se o bílou látku pevného skupenství, která se vyskytuje ve formě prášku, kdy ve- likost částic je 2 – 6 mikrometru (50%). Sypná měrná hmotnost tohoto prášku je 350 - 550 kg.m-3, molekulová hmotnost je 150g.mol-1 a pH 5,0 – 7,0 v nasyceném vodném roztoku (50 g.l-1) při teplotě 20°C. Rozpustnost ve vodě je u této látky 4,5 g.l-1 při teplo- tě 20°C.Tato látka je nehořlavá a nevýbušná, teplota tání je v rozmezí 564-572°C, teplo- ta rozkladu této látky je při teplotách vyšších než 700°C. Měrná hmotnost je 2500 kg.m-

3.

Při styku pájecího prášku Flux s očima dochází k jejich vážnému podráždění.

V důsledku vdechování je tento prášek zdraví škodlivý. Během prodloužené nebo opa- kované expozici vůči prášku při vdechování způsobuje poškození orgánů (dýchacích cest). Nedoporučuje se styk s práškem v době těhotenství a kojícím matkám, protože prášek může vážně poškodit zdraví plodu nebo kojence. Prášek je škodlivý pro vodní organismy, které můžou být postihnuty dlouhodobými negativními účinky.

Před používáním pájecího prášku flux je nutné obstarat speciální instrukce pro zacháze- ní s ním. Není vhodné vdechovat prach, dým, mlhu, páry nebo aerosoly tohoto média a je doporučeno použití zejména ochranných dýchacích filtrů, dýchacích masek případ- ně roušek. Prevence při těhotenství a kojení je vyhnout se styku s práškem. Důležité je zabránění úniku do životního prostředí a přírody. Při styku s pájecím práškem se dopo- ručuje používat ochranné brýle nebo obličejový štít [Bezpečnostní listy Solvay, 2015].

Při bezprostředním vdechnutí prášku je nutné zasaženou osobu přenést na čerstvý vzduch a uložit jí do stabilizační polohy usnadňující dýchání a zavolat odbornou lékař- skou pomoc. Pokud se necítíte dobře po styku s pájecím práškem, ihned kontaktujte toxikologické informační středisko nebo lékaře [Bezpečnostní listy Solvay, 2015].

Z výše uvedeného tedy vyplývá, že prášek je zdraví škodlivý a je nežádoucí, aby při manipulaci, používání či skladování docházelo k jeho úniku do okolního prostředí a vhodné filtrační zařízení je tedy nutností.

3 Tvorbakonceptů

Těleso filtračního zařízení se bude skládat ze tří základních částí: vzduchového vývodu, filtrační jednotky a části pro uložení filtru. Vzduchový vývod bude sloužit k výstupu čistého vzduchu z doplňované nádoby s pájecím práškem. Filtrační jednotka bude obsa- hovat filtr v kombinaci s předfiltrem. Předfiltr bude spojen přímo s filtrem pomocí na- sunutí předfiltru přímo na filtr pomocí držáku předfiltru. Funkce filtrační jednotky

(25)

25

umožní průchod čistého vzduchu ven z doplňované nádoby, ale zachytí částice pájecího prášku, aby nedocházelo k znečištění pájecím práškem v okolí přečerpávacího zaříze- ní.Návrh uložení je složení jednotlivých částí filtračního přípravku. Kdy je nutno zo- hlednit složitost, počet částí, volbu materiálu, směr uložení, cenu, druh spojení, uložení filtru, konstrukci vzduchového vývodu a montáž přípravku na víko doplňované nádoby.

Požadavek je na jeho konstrukční jednoduchost pro snížení celkové ceny přípravku a v důsledku toho výběr nejvhodnějšího konceptu uložení filtrační jednotky. Spojení filtru s uložením filtru je řešen závitovým spojením kartuše filtru a vzduchového vývodu fil- tračního zařízení.Návrh uložení je složení jednotlivých částí filtračního přípravku, kdy je nutno zohlednit složitost, počet částí, volbu materiálu, směr uložení, cenu, druh spo- jení, uložení filtru, konstrukci vzduchového vývodu a montáž přípravku na víko dopl- ňované nádoby. Požadavek je na jeho konstrukční jednoduchost pro snížení celkové ceny přípravku a v důsledku toho výběr nejvhodnějšího konceptu uložení filtrační jed- notky. Spojení filtru s uložením filtru je řešeno závitovým spojením kartuše filtru a vzduchového vývodu filtračního zařízení.

3.1 Volba filtru a předfiltru

Dle bezpečnostních listů k pájecímu prášku Flux se doporučuje chránit dýchací cesty pracovníků proti vdechování pájecího prášku dýchacími maskami osazenými filtrem třídy P3. Vzhledem k očekávané dostatečné účinnosti byl tento filtr zvolen jako filtrační médium pro separaci pájecího prášku při jeho přečerpávání. Pro zvýšení životnosti filtru P3 je přidán předfiltr, který zachycuje větší pevné částice a zabraňuje jejich průniku do filtru. Menší částice, které proniknou skrze předfiltr, jsou zachyceny filtrem. V případě této bakalářské práce je použitá otočená sestava filtru a předfiltru (filtrační jednotky), tak aby filtrovaný vzduch neproudil dovnitř (jako v případě ochranné dýchací masky), ale ven ze vzduchové vývodu přečerpávajícího zařízení.

Konkrétní filtr P3 PRO 2000 a předfiltr byl vybrán od anglického výrobce Scott safety a dodán firmou Vochoc s.r.o., vybrán byl v důsledku kvality a ceny komponent filtrační jednotky. Filtr P3 je umístěn v kartuši kruhového průřezu, která má vnější průměr 110 mm (obr. 16), spojení kartuše s maskou je řešeno přes závitové spojení Rd 40x1/7“.

Předfiltr má kruhový tvar o průměru 80 mm a tloušťce 3 mm a na filtr je upevňován tak, že je nejprve vložen do rámečku předfiltru (obr. 17) a poté nasunut na kartuši filtru (obr.

16). Ověření správnosti výběru filtračního média bude ověřeno experimentálně.

(26)

26

Obr. 16:Filtr P3 PRO 2000 [Vochoc, 2018] Obr. 17: Předfiltr(A) a rámeček předfiltru (B) [Vochoc, 2018]

Obr. 18: Filtrační jednotka (filtr + předfiltr) [Vochoc, 2018]

3.2 Orientace filtračního zařízení

Pro zmíněné druhy uložení jsou navrhnuty dvě polohy uložení filtru a to horizontální a vertikální poloha. Volba orientace uložení ovlivňuje proudění vzduchu unášející páje- cí prášek skrze filtrační přípravek, vliv gravitační síly na pájecí prášek zejména po vy- pnutí přívodu vzduchu, aplikaci přípravku na víko doplňované nádoby.

3.2.1 Horizontální uložení

Horizontální návrh uložení může způsobit hromadění prášku v trubce, kterou je přivá- děn se vzduchem, což může vést ke složitějšímu čištění filtru. Horizontální poloha ulo- žení filtru se vyznačuje také další nevýhodou, kterou je složitější konstrukční řešení než u vertikální polohy. Tím je myšleno, že uložení v horizontální poloze by muselo obsa- hovat koleno (obr. 19 - B, které by dalo uložení vodorovnou polohu). I koleno však mů- že zvyšovat proudění a následné hromadění prášku. Dále se znesnadňuje čištění kanálu před filtrem. V neposlední řadě se zvětšuje zástavbový prostor.

(27)

27

Obr. 19: Horizontální uložení filtru (A-uložení filtru, B-koleno, C-víko doplňované ná- doby)

3.2.2 Vertikální uložení

Při volbě vertikální polohy (obr. 20) dojde k tomu, že se poté co bude zastaveno prou- dění vzduchu, pájecí prášek v důsledku působení gravitační síly spadne zpět do doplňo- vané nádoby. Proto bude i následné čištění snadnější, protože filtr bude možno čistit oklepem.

Obr. 20: Vertikální uložení filtru (A-uložení filtru, B-víko doplňované nádoby) 3.2.3 Volba nejvhodnější orientace uložení

Z porovnání obou poloh uložení lze vyvodit závěr, že vertikální poloha uložení bude vhodnější a proto bude použita v dalším řešení filtrace vzduchu v přečerpávacím zaříze- ní pájecího prášku Flux.

(28)

28

3.3 Návrh provedení přívodu vzduchu (filtračního zařízení)

3.3.1 Uložení s přímým vzduchovým přívodem

Tento druh uložení (obr. 21) se skládá ze tří dílů sestavy přívodu vzduchu, vzduchového vývodu a filtrační jednotky. Výhodou tohoto uložení je, že proudění vzduchu a tlak vznikající při přečerpávání působí na celou plochu filtrační jednotky. Nevýhodou je větší spotřeba materiálu pro výrobu části pro přívod vzduchu a tím roste i cena tohoto uložení.

Obr. 21: Uložení s rovnou trubkou (A-přívod vzduchu, B-vzduchový vývod, C-předfiltr, D-filtr)

3.3.2 Uložení s rozšiřujícím se vzduchovým přívodem

Proti předchozímu uložení je tento typ rozdílný v tvaru trubky (obr. 22), kterou je při- váděn proud vzduchu obsahující pájecí prášek. V tomto případě je trubka nejprve malé- ho průměru, který se rozšiřuje ve větší průměr. V důsledku rozšíření trubky dochází k rozložení tlaku proudícího vzduchu a tak na filtr působí menší tlaková síla.

(29)

29

Obr. 22: Uložení s rozšířeným vnitřním průměrem (A-přívod vzduchu, B-vzduchový vývod, C-předfiltr, D-filtr)

3.3.3 Uložení s přímým na konci rozšířeným vzduchovým přívodem

Druh tohoto uložení se vyznačuje rovnou vnitřní trubkou velkého vnitřního průměru (obr. 23), která je na konci přiléhajícímu k filtru rozšířena z důvodu snížení tlakové síly působící na filtr. Součástí sestavy tohoto uložení je i předfiltr, který slouží k zachycení větších pevných částic a tím výrazně prodlužuje životnost filtru.

Obr. 23: Uložení s přímým na konci rozšířeným vnitřním průměrem(A-přívod vzduchu, B-vzduchový vývod, C-předfiltr, D-filtr)

(30)

30

3.3.4 Uložení se zužujícím se vzduchovým přívodem

U tohoto uložení je trubka velkého průměru zúžena do malého průměru (obr.

24)z důvodu usměrnění proudění vzduchu skrze filtr, ale současně dojde k zvýšení ob- jemu celého uložení přípravku. Také se zvýší náletová rychlost, která může zvýšit hloubku průniku částic do struktury a následně zhoršené čištění filtru.

Obr. 24: Uložení se zúženým vnitřním průměrem (A-přívod vzduchu, B-vzduchový vý- vod, C-předfiltr, D-filtr)

(31)

31 3.3.5 Volba uložení filtračního zařízení

Tab. 3: Hodnocení parametrů uložení filtrační jednotky (bodové hodnocení je v rozmezí jeden až čtyři body, kdy jeden bod = nejlepší)

Uložení S přímým vzdu- chovým přívo-

dem

S rozšiřujícím se vzduchovým pří-

vodem

S přímým na konci rozšiřujícím se vzdu-

chovým přívodem

Se zužujícím se vzduchovým

přívodem Nejmenší objem

materiálu příprav- ku

1 2 1 3

Nejméně složitá

konstrukce 1 4 2 3

Nejnižší cena ma-

teriálu 1 2 1 3

Nejnižší cena vý-

roby 1 3 2 4

Využití plochy

filtru 2 4 1 3

Spad pájecího prášku do nádoby

po přečerpávání

2 3 1 2

Nejmenší hmot- nost uložení fil- trační jednotky

2 3 1 4

Hodnocení (sou-

čet bodů) 10 21 9 22

Z výše uvedených návrhů uložení filtrační jednotky byla vybrána varianta s rovnou na konci rozšířenou trubkou (viz obr. 23). Podle porovnávaných parametrů návrhů se jeví nejvýhodněji a v součtu bodů hodnotících jednotlivé parametry má nejmenší výsledné číslo, tudíž nejlepší hodnocení.

3.4 Návrh provedení spoje částí filtračního zařízení

Pro spojení vzduchového vývodu a uložení filtru bylo nutné navrhnout způsob spojení daných částí filtračního zařízení. Při návrhu tohoto spojení je nutné zahrnout to, že bude potřeba filtr měnit případně čistit. Proto je nutné, aby výsledný návrh bylo možné jed- noduše otevřít, ale také to aby při přečerpávání mezi dílem vzduchového vývodu a ulo- žení filtru neunikal vzduch obsahující pájecí prášek. Požadavky tedy byly těsnost a snadná manipulace.

(32)

32 3.4.1 Spojení pant a upínka

Návrh obsahuje kombinaci pantu a upínky, kdy se tyto dva prvky nacházejí proti sobě, rozmístěny po 180° po kruhové průřezu přípravku (obr. 25). Tento druh spojení umož- ňuje snadné otevírání, ovšem po zašroubování filtru do části pro uložení již není možné přípravek zavřít, protože tomu překáží výška filtru a při dimenzování přípravku pro správnou funkci spojení by bylo nutné přípravek zvětšit. Tím by došlo ke zvětšení celé- ho přípravku, tím i jeho hmotnosti a ceny za materiál a výrobu.

Obr. 25: Spojení pant a upínka (A-pant, B-upínka)

3.4.2 Spojení čtyřmi upínkami

Druh tohoto spojení se skládá ze čtyř upínek, které jsou rozmístěny po 90° po kruhovém průřezu přípravku (obr. 26). Při vytváření tohoto návrhu byla provedena změna a sníže- ní celkového počtu upínek ze 4 na 2. Změna byla provedena kvůli zjednodušení oteví- rání, snížení hmotnosti přípravku a snížení nákladů na cenu spojení.

Obr. 26: Spojení dvěma upínkami (A – upínky)

(33)

33 3.4.3 Šroubové spojení

Při návrhu tohoto spojení dojde k propojení části vzduchového vývodu a části uložení filtru, kdy na kraji po obvodu části uložení filtru je 6 průchozích děr po 60° a na proti- kusu ve stejném rozmístění je 6 závitových děr (obr. 27). Skrze průchozí díry prochází šrouby, které jsou zašroubovány do děr závitových. Výhodou tohoto spojení je jeho rozebiratelnost a pevné spojení obou částí k sobě. Nevýhodou je oproti upínkám delší demontáž šroubů a nutnost zvětšení vnějších průměrů částí přípravku, čímž dojde ke zvýšení hmotnosti a ceny přípravku v důsledku náročnější výroby tohoto řešení.

Obr. 27: Šroubové spojení (A-šrouby)

3.4.4 Závitové spojení

Konstrukce tohoto návrhu spočívá v tom, že na části pro uložení filtru se vyrobí vnější závit a část vývodu vzduchu se zvětší a vytvoří se v ní velký vnitřní závit a obě části se do sebe zašroubují (obr. 28). Řešení je těsné a snadno rozebíratelné, ovšem opět vznika- jí vyšší náklady na výrobu a materiál pro konstrukci přípravku při čemž se zvýší i hmotnost.

(34)

34

Obr. 28: Závitové spojení (A – závit)

3.4.5 Volbaspojení filtračního zařízení

Tab. 4: Hodnocení parametrů spojení částí filtračního zařízení (bodové hodnocení je v rozmezí jeden až čtyři body, kdy jeden bod = nejlepší)

Spojení Pant a

upínka

S dvěma upínkami

Šroubové spojení

Závitové spojení Nejmenší objem

materiálu spojení 1 3 2 4

Nejméně složitá

konstrukce 3 1 2 4

Nejnižší cena 3 1 2 4

Nejnižší hmotnost 2 3 1 4

Nejjednodušší oteví-

rání 2 1 4 3

Možnost čištění fil-

trační jednotky 2 1 4 3

Nejkratší čas potřeb-

ný k otevření 2 1 4 3

Hodnocení 15 11 19 25

(35)

35

Podle tabulky pro porovnání výhod a nevýhod jednotlivých návrhů spojení částí filtrač- ního zařízení byl vybrán návrh se dvěma upínkami, protože dle hodnocení jednotlivých parametrů spojení tento návrh získal nejlepší hodnocení. Dvě upínky zajišťují jednodu- ché a rychlé otevření i zavření filtračního zařízení. Cena tohoto řešení je také velmi pří- znivá a celkově z vybraných návrhů zajišťuje nejjednodušší manipulaci.

3.5 Návrh spojení filtračního zařízení s víkem doplňované nádoby

Původní víko doplňované nádoby je vyrobeno z HDPE (obr. 29 – A), které není dosta- tečně pevné, proto bylo navrhnuto vyztužit víko pomocí plechu kruhového průřezu (obr.

29 – B), který se uloží na plastové víko a spojí se pomocí hadicového trnu se závitem z vnější části plechového víka a pomocí protikusu se závitem ze spodní strany plastové- ho víka. U každé varianty je přípravek uložen tak, že od části jeho osazení menší prů- měr přípravku prochází skrze obě víka a končí ve vnitřním prostoru doplňované nádoby.

Obr. 29: Vyztužení HDPE víka nádoby plechem kruhového průřezu (A-HDPE víko, B- plechové víko)

3.5.1 Lepený spoj

Návrh lepeného spoje spočívá v přilepení filtračního zařízení k plechové výztuze a při- lepení plechové výztuhy k HDPE víku nádoby. Tento spoj zajišťuje těsnost přípravku, ale způsob lepení je nevhodný, protože se k sobě lepí dva rozdílné materiály (HDPE a ocel). Další nevýhodou je, že lepení polyetylenu je problematické.

3.5.2 Šroubový spoj

Tento druh spojení zajišťuje pevné spojení vík k sobě. V návrhu je použito 6 šroubů, které jsou rozmístěné po obvodu osazené části přípravku po 60° stupních a ze spodní části víka je podložka s 6 dírami, která upevňuje utažení vík k sobě. Tento druh spojení je nevhodný, protože není dokonale těsný a může docházet k úniku vzduchu s pájecím práškem.

(36)

36 3.5.3 Svařený spoj

U tohoto druhu spojení je plech (sloužící k vyztužení polyethylenového víka) přivařen ke kovovému tělu filtračního zařízení a tento způsob je vhodný z toho důvodu, že spo- jení mezi kovovým víkem a přípravkem je dokonale těsné a pevné. Problémem tohoto spojení je, že není pevně připevněno plastové víko ke kovovému a proto je nutné použití dalšího druhu spojení proto, aby byla zajištěna těsnost a připevnění HDPE víka a výztuhy k sobě. S tím je spojený růst nákladů na výrobu i konstrukci.

3.5.4 Kombinace šroubového spoje a těsnění

Tento návrh obsahuje šroubové a lepené spojení a kombinuje výhody obou řešení.

Šroubové spojení zajišťuje pevné sevření mezi filtračním zařízením a víkem nádoby, těsnost je zajištěna prvním těsněním nasunutým na osazený průměr přípravku mezi ko- vovým víkem a filtračním zařízením. Dále se zde nachází druhé těsnění mezi HDPE víkem a podložkou, které je opět navlečeno na osazený průměr přípravku a celá sestava je utažena šesti šrouby. Tyto šrouby procházejí skrze podložku tvaru mezikruží, která v sobě má šest děr po 60° a zlepšují pevnost celého spojení.

3.5.5 Tabulka výhod a nevýhod spojení zařízení s víkem doplňované nádoby

Tab. 5: Hodnocení parametrů spojení HDPE víka, plechové výztuhy a filtračního zaří- zení (bodové hodnocení je v rozmezí jeden až čtyři body, kdy jeden bod = nejlepší)

Spojení víka, výztuhy a filtračního zařízení

Lepený spoj

Šroubový spoj

Svařovaný spoj

Šroubový spoj s těsněním Nejmenší hmotnost poži-

tých materiálů spojení 1 3 2 4

Nejméně složitá konstrukce 3 1 4 2

Nejnižší cena materiálu 1 2 3 4

Možnost výměny jednotli- vých komponent spojení po

opotřebení

4 1 4 1

Těsnost 4 2 3 1

Pevnost spojení 4 2 3 1

Hodnocení 17 11 19 13

3.5.6 Volba spojení zařízení s víkem doplňované nádoby

Ze srovnání podle tabulky výhod a nevýhod spojení HDPE víka, plechové výztuhy a filtračního zařízení vyplývá, že bodové hodnocení má nejlepší varianta šroubového

(37)

37

spojení. Ovšem s ohledem na těsnost toto řešení je horší než šroubové spojení s těsněním, proto nebude toto řešení použito. Těsnost je velmi důležitý parametr při přečerpávání pájecího prášku Flux a je potřeba, aby nedocházelo k jeho úniku při pře- sunu z přečerpávané do doplňované nádoby. Proto bylo vybráno šroubové spojení s těsněním (obr. 30).

Obr. 30: Kombinace šroubového spoje a těsnění (A-vrchní těsnění, B-spodní těsnění, C- podložka, D-šroub, E-plechové víko, F-HDPE víko)

3.6 Volba výsledného konceptu

Výsledný návrh konceptu (obr. 31) se skládá z vertikálně uloženého filtračního zařízení, uvnitř kterého se nachází filtrační jednotka složená z předfiltru a Filtru P3. Spojení částí filtračního zařízení (části vzduchového vývodu a přívodu) jsou spojeny pomocí dvojice upínek. Spojení filtračního zařízení a vyztuženého víka doplňované nádoby je realizo- váno pomocí šroubového spojení s těsněním.

(38)

38

Obr. 31: Výsledná varianta konceptu (A-vzduchový vývod, B-vzduchový přívod, C-filtr, D-předfiltr, E-upínka, F-plechová výztuha, G-HDPE víko, H-vrchní těsnění, I-Podložka,

J-šroub, K-spodní těsnění)

4 Experiment

Experiment je zaměřen na stanovení a ověření velikosti pevných částic pájecího prášku Flux. Další část experimentu je zaměřena na filtrační účinnost zvoleného filtru P3 PRO2000 od firmy Scott Safety.

4.1 Ověření velikosti částic

Měření velikosti částic bylo provedeno v laboratořích TUL na optickém mikroskopu (OM) Nikon H550L při dvěstěnásobném zvětšení a na skenovacím elektronovém mik- roskopu (SEM) Vega 3 Tescan při pětitisícinásobném zvětšení částic. Měřené částice byly připraveny tak, že na terčík byla přilepena oboustranná lepící páska na kterou byla nanesena vrstva pájecího prášku. V případě SEM byl terčík pozlacen vrstvou zlata o tloušťce vrstvy 7 nm, poté byl vložen do snímací komory SEM a následně probíhalo vlastní měření velikosti průměrů částic pájecího prášku. SEM byl použit, protože při tomto způsobu měření je větší hloubka ostrosti než u OM a tím je přesnost SEM výraz- ně vyšší pro menší částice pájecího prášku.

Při měření optickým mikroskopem bylo měřeno pomocí obrazové analýzy NIS Ele- ments AR 100 náhodných průměrů částic pájecího prášku Flux. Stanovené hodnoty

(39)

39

průměrů byly zaneseny do tabulky č. 6 a dále byl vytvořen histogram (graf 2). Výsledné statistické hodnoty byly zapsány do tabulky č. 7.

Tab. 6: Průměry částic z OM Průměr

částice [µm]

2 až

3 3 až

4 4 až

5 5 až

6 6 až

7 7 až

8 8 až

9 9 až 10

10 až 11

11 až 12

12 až 13 Počet

částic 18 30 12 24 12 2 0 0 1 0 1

Graf 2: Histogram průměrů částic z OM

Tab. 7: Statistické hodnoty částic z OM

Počet měření Průměrná hodnota Směrodatná odchylka 95% IS

100 4,67 1,92 (4,29 - 5,04)

Pro ověření, zda se nevyskytují také částice s průměrem nižším než 2 µm, tedy hodnota uváděná výrobcem prášku, byly vytvořeny snímky na skenovacím elektronovém mikro- skopu a poté byly zkoumány nejmenší průměry částic pájecího prášku Flux pomocí nástroje „Měření“ v ovládacím programu elektronového mikroskopu VEGA TC. Bylo zjištěno, jaké nejmenší průměry částic prášek obsahuje a ty byly následně zaznamenány do tabulky č. 8. Statistické hodnoty měření jsou zapsány v tabulce č.9.

18 30

12 24

12

2 0 0 1 0 1

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

2 až 3 3 až 4 4 až 5 5 až 6 6 až 7 7 až 8 8 až 9 9 až 10 10 až 11 11 až 12 12 až 13

Četnost [-]

Průměry částic [µm]

Histogram průměrů částic

(40)

40 Tab. 8: Průměry částic ze SEM

Průměr částice [µm]

0 až 0,25

0,25 až 0,5

0,5 až 0,75

0,75 až

1 1 až 1,25

1,25 až 1,5

1,5 až 1,75

1,75 až

2

Počet částic 1 1 2 1 2 4 3 6

Graf 3: Histogram průměru částic ze SEM

Tab. 9: Statistické hodnoty částic ze SEM

Počet měření Průměrná hodnota Směrodatná odchylka 95% IS

20 1,32 0,57 (1,049 - 1,58)

Z naměřených hodnot průměrů částic vyplývá, že se jejich velikost pohybuje od 0,21 µm do 12,45 µm. Největší množství částic se pohybuje v rozmezí od 3 do 4 µm. Měře- ním bylo tedy ověřeno, že střední velikost částic uvedená v bezpečnostních listech k pájecímu prášku Flux odpovídá deklarovaným hodnotám. Avšak bylo zjištěno, že se zde nachází i částice menší a to s průměrem pod 1 µm. Jejich četnost je však poměrně malá (přibližně 9,5%). Je tedy nutno počítat s tím, že drobnému průniku částic filtrem může docházet.

4.2 Stanovení účinnosti filtru

Účinnost filtru byla měřena na zařízeníBench Mounting Rig type 1100 P pro testování aerosolem NaCl, kdy je měřena odlučivost polydisperzních částic. Toto zařízení je ur-

1 1

2

1

2

4

3

6

0 1 2 3 4 5 6 7

0 až 0,25 0,25 až 0,5 0,5 až 0,75 0,75 až 1 1 až 1,25 1,25 až 1,5 1,5 až 1,75 1,75 až 2

Četnost [-]

Průměry částic [µm]

Histogram průměrů částic

(41)

41

čené pro testování jemných, respiračních a vysoce účinných filtrů např. HEPA, filtry třídy F a jiné. Přístroj umožňujestanovit efektivitu filtrace a tlakového spádu na části- cích o velikosti 0,02 až 2 µm a při rychlostech proudění od 1,5 do 9,5 m.min-1. Měřený filtr byl nejprve testován bez předfiltru a poté s předfiltrem, po aplikaci předfiltru došlo k nárůstu tlakového spádu (tab. 10) a zvětšila se také efektivita záchytu částic aerosolu.

Tab. 10: Hodnoty měření účinnosti

Sestava Proudění [l.min-1]

Tlakový spád [Pa]

Účinnost [%]

Filtr P3 95 116 99,98

Filtr P3

a předfiltr 95 125 99,99

Podle naměřených hodnot bylo zjištěno, že filtr P3 PRO 2000 v sestavě s předfiltrem je velmi účinný při záchytu pevných částic, jejichž náletová rychlost byla 0,16 m.s-1. Jeho účinnost při zvýšení tlakového spádu ze 116 Pa na 125 Pa klesla pouze o 0,01 % z toho lze určit, že při zvýšení tlakového spádu filtrační účinnost klesá velmi pomalu a proto je tento typ filtru vhodný pro další použití při realizaci konceptu filtračního zařízení.

Dále byl měřen nárůst tlakového spádu při postupném zanášení filtru pomocí zařízení Dust Filter Tester 2 (DFT-2). Na tomto přístroji lze testovat odlučivost syntetického prachu, tlakový spád, náletovou rychlost vzduchu pronikající filtrem, živostnost filtru a změny uvedených vlastností v průběhu filtrace. V případě tohoto testování na místo syntetického prachu byl použit pájecí prášek a testovanou veličinou byl tlakový spád filtru. Tento přístroj lze také použít v kombinaci s odprašovacím zařízením, kde je pou- žíván zpětný tlak od 0,1 do 0,5 MPa, ovšem v případě tohoto testování nebylo odprašo- vací zařízení použito. Výsledky nárůstu tlakového spádu byly zaznamenány do tabulky č. 11. Postupně bylo přidáváno 0,2 g prášku v každém cyklu za konstantní hodnoty prů- toku 3200 l.hod-1 a náletové rychlosti částic 0,09 m.s-1.Tlakový spád filtru P3 PRO 2000 narůstal v závislosti na zanesení filtru, kdy v každém měřeném cyklu byla přidána stej- ná dávka pájecího prášku (graf 4).

(42)

42

Tab. 11: Tabulka nárůstu tlakového spádu v závislosti na množství zachyceného prášku

Cyklus Množství přidá- vaného prášku [g]

Celkové množství prášku [g]

Tlakový spád [Pa]

1

0,2

0,2 116

2 0,4 132

3 0,6 146

4 0,8 168

5 1 202

6 1,2 232

7 1,4 264

8 1,6 287

9 1,8 318

10 2 349

Graf 4: Graf nárůstu tlakového spádu v závislosti na množství zachyceného prášku

4.3 Realizace konceptu a experimentální ověření

Koncept byl podrobně popsán v kapitole 3 (Volby výsledného konceptu). Poté byl se- staven (obr. 33) a připraven k ověřování. Výkresy realizovaného konceptu jsou umístě- ny v příloze A. Vybrané konkrétní části filtračního zařízení jsou uvedeny a popsány dále v textu. Víko je k doplňované nádobě připevněno stahovací objímkou (obr. 34), která je standardně dodávána s nádobami pájecího prášku Flux. Do víka doplňované nádoby byl podle vzoru předchozího řešení přečerpávacího zařízení umístěn hadicový trn se zpětnými hroty (Mosazný hadicový trn 3/4" x 20 mm – obr. 32) pro připojení tla-

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Tlako spád [Pa]

Množství prášku [g]

Nárůst tlakového spádu

(43)

43

kové hadice (průměr 19 mm), kterou je přečerpáván pájecí prášek. Ostatní části přečer- pávacího zařízení (viz kapitola 2 Charakteristika přečerpávacího zařízení) byly zacho- vány podle původního schématu (obr. 12).

Obr. 32: Mosazný hadicový trn ¾“ x 20 mm [Cerpadlobezstarosti, 2018]

Obr. 33: Sestavený koncept

Obr. 34: Objímka (A-otevřená poloha, B-uzavřená poloha)

(44)

44

Po přečerpání byla provedena fotografická dokumentace částí filtrační jednotky uložené ve vzduchovém vývodu (obr. 35), kde je možné vidět filtrační jednotku (obr. 36) slože- nou z filtru (obr. 37) a předfiltr (obr. 38). Spojení vzduchového přívodu je zobrazeno na obrázku č. 39 – A, na tomto obrázku je možné vidět i druhou část hadicového trnu (obr.

39 – B). Vyztužení (obr. 40 – A) a pohled na vzduchový přívod při pohledu shora je zachycen na obr. 40 – B, na tomto obrázku lze spatřit i hadicový trn (obr. 40 – C).

Obr. 35: Filtrační jednotka uložená ve vzduchovém vývodu

Obr. 36: Vzduchový vývod

(45)

45

Obr. 37: Filtr po procesu přečerpávání pájecího prášku

Obr. 38: Předfiltr

(46)

46

Obr. 39: Víko doplňované nádoby ze spodní strany (A-spojení vzduchového přívodu a víka doplňované nádoby, B-hadicový trn)

Obr. 40: Víko doplňované nádoby (A-výztuž víka, B-vzduchový přívod, C-hadicový trn) Testování filtračního zařízení probíhalo po dobu, kterou trvá přečerpání objemu jedné nádoby s pájecím práškem Flux. Doba plnění jedné doplňované nádoby je přibližně 50 minut. Test probíhal tak, že na doplňovanou nádobu bylo umístěno víko spojené s přečerpávacím zařízením. Po upevnění víka doplňované nádoby byl zahájen test ote- vřením pákového uzávěru a tím bylo umožněno proudění tlakového vzduchu, který pře- čerpává pájecí prášek. Zároveň bylo započato měření času, při kterém dojde k ucpání filtračního zařízení a bude nutná údržba filtru (čištění, resp. výměna). Tato doba je ur- čena nárůstem tlaku v doplňované nádobě. Po ucpání filtru obsluha vypnula přívod vzduchu a ten byl vyjmut a očištěn oklepem. Po očištění byl opět vložen zpět do filtrač-

(47)

47

ního zařízení a proces přečerpávání pokračoval po zapnutí přívodu vzduchu. Tento cyk- lus se opakoval, dokud nebyla doplňovaná nádoba plná.

Dále byla změřena hodnota hmotnosti před a po ucpání filtru, z níž je možné určit množství zachycených částic.

5 Výsledky a diskuze

Výsledky měření jsou uvedeny v následující tabulce (tab. 10), v které jsou zahrnuty měřené časy přečerpávacího cyklu včetně doby do jednotlivých ucpání filtru a počet čištění pro přečerpání objemu jedné doplňované nádoby.

Tab. 12: Výsledky měření přečerpávání nádoby (Celkový čas měření 50 minut a 28 sekund)

Počet měření

Čas do ucpání

filtru Čas údržby filtru [sek]

Hmotnost filtrační jednot-

ky [g] Hmotnost pájecí- ho prášku Flux

[min] [sek] před ucpá- [g]

ním po ucpání

1 3 38 53 101,44 123,28 21,85

2 3 12 51 109,28 124,65 15,38

3 3 10 48 111,24 125,07 13,83

4 3 8 50 112,16 126,48 14,33

5 3 10 49 111,26 125,36 14,10

6 3 5 53 112,59 126,87 14,29

7 3 14 47 111,41 125,69 14,28

8 3 2 45 112,07 125,84 13,78

9 3 6 52 112,43 126,35 13,92

10 3 7 48 111,58 126,26 14,68

11 3 10 51 111,73 125,48 13,76

12 3 5 54 112,03 126,49 14,45

13 3 9 47 111,87 126,46 14,59

14 3 6 51 112,23 125,99 13,76

15 3 4 50 111,89 126,87 14,98

16 3 2 53 112,16 126,37 14,21

Průměrné

hodnoty 3 9 50,13 111,09 125,85 14,76

Z měření vyplývá, že filtr do ucpání vydrží být funkční průměrně po dobu tří minut a devíti sekund. Celkem se musel vyčistit šestnáctkrát během jednoho přečerpávacího cyklu, který bez času čištění filtru trval 50 minut a 28 sekund. Průměrné množství za- chyceného pájecího prášku je 14,76 g. Průměrný čas čištění se pohyboval okolo 50

(48)

48

sekund, což při 16 čištěních představuje nárůst celkové doby přečerpávání o 13 minut a 20 sekund. Nevýhodou je, že pracovník musí být neustále poblíž přečerpávacího zaříze- ní, a nelze jej využít pro další činnost.

5.1 Návrh optimalizace

Z důvodu častého čištění filtru byla navrhnuta optimalizace v podobě hrubého filtru, který by byl umístěn přímo do doplňované nádoby před část vzduchového přívodu do filtračního zařízení (obr. 41). Tento filtr by měl zachycovat větší částice pájecího práš- ku, proto aby byla prodloužena životnost filtrační jednotky a doba mezi jednotlivými čištěními. Pro jednoduchost je navržen filtr plochý, nikoliv skládaný, který by dále sní- žil tlakový spád a zejména zvýšil kapacitu filtru.Důvodem použití filtrační textilie v metráži je možnost vystřižení tvaru filtru podle vnitřního průměru doplňované nádo- by, tak aby bylo možné ji upevnit uvnitř doplňované nádoby pomoc rozpínací objím- ky.Vybrána byla netkaná textilie třídy F5, která je termicky a mechanicky zpevněna, její účinnost je 98% při filtrování částic větších než 5 µm (včetně). Její cena za 1m2 se po- hybuje okolo 110 Kč bez DPH a lze z ní připravit až 12 kusů filtru. Cena jednoho filtru je tedy 9,16 Kč bez DPH.Aby docházelo k filtraci skrze hrubý filtr před vstupem prášku do filtračního zařízení, je v sestavě na hadicový trn připevněna trubkaprocházející skrze hrubý filtr. Ověřování optimalizovaného filtračního zařízení z časových důvodů již ne- proběhlo, ale lze předpokládat prodloužení intervalů čištění a tedy zefektivnění procesu čerpání pájecího prášku.

Obr. 41: Uložení hrubého filtru do doplňované nádoby (A-hadicový trn, B-víko doplňo- vané nádoby, C-rozpínací objímka držící hrubý filtr, D-hrubý filtr, E-doplňovaná nádo-

ba, F-trubka zajišťující průtok prášku pod filtr)

References

Related documents

Cílem zadané bakalářské práce bylo seznámení se s problematikou geopolyrnerních materiálů a možnostmi jejich využiti, příprava vzorků a hodnocení jejich

mateřiáů fespektive s jejich vlastDostmj fyzikálníni' meclranickýn'ri a chemick]inri' navlhnout výIobu nádob z geopolyrrrerních nateriálů, které budou slouŽit

Student Se při své práci seznámil Se zák|adnimi vlastnostmi a způsoby přípravy geopolymerních materiálů s jednotlivými typy plniv - jemným kamenivem, lupkem

[r]

Školní učebna univerzity v Londýně

Školní učebna univerzity

[r]

Reprodukční zařízení